(57)【要約】【課題】製造が容易で、歩留まりが高く、厚み方向にコンパクトであり、発光体として種々のＬＥＤを用いて、ムラなく均一に光を照射することができる光照射装置を提供する。【解決手段】中心に観測孔を有した平面基板と、その平面基板に同心円状に複数列並べ設けた複数の発光体と、前記平面基板に対向して設けられた前記発光体と同数のレンズと、を備えていて、前記発光体の光軸は、前記同心円の軸線と平行であり、前記各発光体の光軸とそれに対応する前記各レンズの光軸とは、異ならしめてあるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に観測孔を有した平面基板と、その平面基板に同心円状に複数列並べ設けた複数の発光体と、前記平面基板に対向して設けられた前記発光体と同数のレンズと、を備えていて、
前記発光体の光軸は、前記同心円の軸線と平行であり、
前記各発光体の光軸とそれに対応する前記各レンズの光軸とは、異ならしめてあることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記発光体と同数のレンズは、一体成型されてレンズ板を構成している請求項１記載の光照射装置。
【請求項３】
前記発光体の光軸と、それに対応する前記各レンズの光軸とが平行である請求項１記載の光照射装置。
【請求項４】
前記発光体の光軸と、それに対応する前記各レンズの光軸とが交差する請求項１記載の光照射装置。
【請求項５】
前記レンズは、平行光発生レンズである請求項１、２、３又は４記載の光照射装置。
【請求項６】
前記レンズ板は、ポリカーボネート又はアクリル樹脂からなる請求項１、２、３、４又は５記載の光照射装置。
【請求項７】
前記平面基板は、リング状である請求項１、２、３、４、５又は６記載の光照射装置。
【請求項８】
平面基板と、その平面基板に複数列並べ設けた複数の発光体と、前記平面基板に対向して設けられた前記発光体と同数のレンズと、を備えていて、
前記発光体の光軸は、前記平面基板の平面に対し垂直であり、
前記各発光体の光軸とそれに対応する前記各レンズの光軸とは、異ならしめてあることを特徴とする光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品検査をする場合等に好適に使用される光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製品等のワークの表面検査等を行う方法として、底面より発光する光照射装置を用いてワークに照光し、目視又は撮影等を行って検査する方法が従来一般的に知られている。このような表面検査を行なう装置のなかでも、検査面が立体的である場合等に用いるものとして、特許文献１に示すように、光照射装置の底面を切頭円錐凹面にし、その切頭円錐凹面にＬＥＤを垂直に多数配設して、ワークに対して一方向からだけでなく周囲方向からも覆うように、観測孔を除くほぼ全天からムラなく照明するようにしたものが開発されている。
【０００３】
更に近時では、特許文献２に示すように、所定幅を有した部分円環状をなすフレキシブル配線基板に複数のＬＥＤを半田付けして配設し、そのフレキシブル配線基板を端辺同士が付き合うように湾曲させて、前記切頭円錐凹面へのＬＥＤの配設や配線と当該切頭円錐凹面の形成とを一挙に容易かつ正確にできるようにした光照射装置が大きな市場を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１０６８０９号公報
【特許文献２】特開平１０−２１７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、このような光照射装置に用いられているフェイスアップ型（砲弾型）ＬＥＤは、その樹脂モールド部が、透明であって、かつ、成形性に優れたエポキシ樹脂により構成されているが、エポキシ樹脂は光による樹脂劣化を起こしやすく、また、耐熱性が低く半田付けの際に劣化してしまうという問題がある。このため、砲弾型ＬＥＤを基板に半田付けする際には細心の注意が必要とされ、その結果、製造工程が煩雑となり、生産性の低下を招いている。
【０００６】
また、エポキシ樹脂と同様に透明であって、かつ、成形性に優れた樹脂であるポリカーボネートやアクリル樹脂は、耐光性を有し光による樹脂劣化は起こりにくいものの、やはり耐熱性に劣るため、砲弾型ＬＥＤの樹脂モールド部に使用したとしても半田付けの際の信頼性は充分ではない。
【０００７】
一方、近時、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて青色光又は紫外線を放射するＬＥＤ素子と種々の蛍光物質とを組み合わせることにより、白色をはじめとするＬＥＤ素子の発光色とは異なる色の光を発するＬＥＤが開発されている。このようなＬＥＤとしては、主にＬＥＤ素子を実装した凹型の基体に、蛍光物質が分散されたシリコーン樹脂が収容されたフリップチップ型のものが用いられている。しかし、シリコーン樹脂は、熱と光のいずれに対しても耐久性を有するものの、硬度は低いため破損しやすいという欠点を有する。
【０００８】
更に、従来の光照射装置のようにフレキシブル配線基板を切頭円錐形状に湾曲させると、当該基板にＬＥＤを半田付けして配設した箇所に歪みが生じ、電気的連絡が絶たれる等の不具合が起こりやすく、歩留まり低下の原因となっている。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、製造が容易で、歩留まりが高く、厚み方向にコンパクトであり、発光体として種々のＬＥＤを用いて、ムラなく均一に光を照射することができる光照射装置を提供することを、その主たる所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明に係る光照射装置は、中心に観測孔を有した平面基板と、その平面基板に同心円状に複数列並べ設けた複数の発光体と、前記平面基板に対向して設けられた前記発光体と同数のレンズと、を備えていて、前記発光体の光軸は、前記同心円の軸線と平行であり、前記各発光体の光軸とそれに対応する前記各レンズの光軸とは、異ならしめてあることを特徴とする。
【００１１】
このようなものであれば、発光体がそれと対向して設けられたレンズにより保護されるため、発光体に硬度の低いシリコーン樹脂が使用されていても、シリコーン樹脂の破損が回避されるので、発光体としてフリップチップ型のＬＥＤをはじめとする種々のＬＥＤを使用することが可能である。そして、発光体として硬度は低いものの耐熱性には優れたシリコーン樹脂が使用されたＬＥＤを搭載することが可能となるので、基板への半田付けが容易になり、製造工程を簡素化することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、別途設けたレンズにより、各発光体から発した光を屈折して、観測孔中心方向の所定領域に集光することが可能となるので、基板に発光体を配設した後に当該基板を切頭円錐形状に湾曲させる必要がないため、製造工程を簡素化することができるとともに、当該基板に発光体を半田付けして配設した箇所に歪みが生じ、電気的連絡が絶たれる等の不具合が生じず、歩留まりの向上を図ることができる。また、本発明に係る光照射装置は、基板を切頭円錐形状に湾曲させる必要がないので、厚み方向にコンパクトであり、嵩張らないとともに、使用可能な基板が可撓性を有するものに限定されない。
【００１３】
組み立てを容易にするためには、前記発光体と同数のレンズは一体成型されてレンズ板を構成していることが好ましい。
【００１４】
前記発光体の光軸と、それに対応する前記各レンズの光軸とは、平行であるか又は交差している。
【００１５】
前記レンズ板に形成された前記レンズは、ワークに対してムラなく均一に光を照射するために、例えば、平行光発生レンズであることが好ましい。
【００１６】
前記レンズ板の構成素材としては、透明であって、光による樹脂劣化が起こりにくく、成形性に優れ、硬度が高い点から、ポリカーボネートやアクリル樹脂が好適に用いられる。
【００１７】
前記平面基板の形状としては特に限定されないが、製造の容易さや、取り扱い性等の点から、リング状であることが好ましい。
【００１８】
なお、中心に観測孔を有した平面基板に代えて、観測孔が設けられていない平面基板を用いても良い。すなわち、このような光照射装置は、平面基板と、その平面基板に複数列並べ設けた複数の発光体と、前記平面基板に対向して設けられた前記発光体と同数のレンズと、を備えていて、前記発光体の光軸は、前記平面基板の平面に対し垂直であり、前記各発光体の光軸とそれに対応する前記各レンズの光軸とは、異ならしめてあることを特徴とする。このような光照射装置であれば、縮小投影型半導体露光装置（ステッパー）の露光装置として用いることができる。
【００１９】
従来、g線やi線ステッパー用光源としては水銀灯が用いられているが、水銀は２００６年７月より施行されたＥＵのＲｏＨＳ規制（欧州有害物質規制）の規制対象となっている。また、本発明に係る光照射装置が発光体として用いるＬＥＤは、消費電力が低く、寿命が長く、発熱が少ないという優れた特徴を有する。このため、ステッパーの光源として水銀灯に代えて本発明に係る光照射装置を用いることにより、環境への負荷を減らすことができるとともに、コスト面でも有利となる。
【発明の効果】
【００２０】
このような構成の本発明によれば、製造工程を簡素化することができるとともに、歩留まりの向上が図れ、また、厚み方向にコンパクトであり嵩張らず、光源として種々のタイプの発光体を使用して、ワークに対してムラなく均一な光を照射することが可能な光照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態における光照射装置の平面図である。
【図２】同実施形態における光照射装置の縦断面図である。
【図３】光軸の偏芯量と照度分布及び照度の関係を示すグラフである。
【図４】同実施形態に係る光照射装置を顕微鏡用照明装置とした場合の斜視図である。
【図５】図４に示す顕微鏡用照射装置のＡ−Ａ´線端面図である。
【図６】本発明のその他の実施形態における光照射装置の縦断面図である。
【図７】本発明のその他の実施形態における光照射装置の平面図である。
【図８】同実施形態における光照射装置の縦断面図である。
【図９】矩形マトリックス状マイクロレンズアレイの平面図である。
【図１０】六角形ハニカム状マイクロレンズアレイの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態に係る光照射装置１は、製品（ワーク）の表面検査等に用いられるもので、図１及び図２に示すように、中央に観測孔１ａを有した概略リング状をなすもので、リング状をなす保持枠２と、その保持枠２に保持させたやはりリング状をなすプリント配線基板３と、そのプリント配線基板３に搭載された多数のＬＥＤ４と、保持枠２に保持させたやはりリング状をなすレンズ板５を備えている。
【００２４】
各部を説明すると、保持枠２は、平面視リング状の金属製ブロック体状をなすものであり、凹部の内周面及び外周面には、プリント配線基板３を保持する有底の周回保持溝２ａと、レンズ板５を保持する有底の周回保持溝２ｂとが形成してある。この保持溝２ａ、２ｂの各周辺には鍔部２ｃ、２ｄが設けてありプリント配線基板３及びレンズ板の内周辺と外周辺とがそれぞれ咬み合うようにしている。
【００２５】
プリント配線基板３は、絶縁性を有するもので配線が予めプリントされ、中央にスルーホールが形成してある平板リング状をなすものである。当該スルーホールは観測孔１ａとして機能する。
【００２６】
ＬＥＤ４は、いわゆるフリップチップ型のものであるが、各ＬＥＤ４にレンズ部材は備わっていない。ＬＥＤ４は、もちろんフェイスアップ型（砲弾型）のものであっても構わない。このＬＥＤ４は、プリント配線基板３の表面に、観測孔１ａの軸線Ｘを中心として同心円状に複数の列をなして、かつ表面に垂直に搭載される。なお、この実施形態では、各列のＬＥＤ４の数を異ならせ、すなわち外側の列ほどＬＥＤ４の数を増やし、ＬＥＤ４の配設密度がほぼ均等になるように構成している。
【００２７】
レンズ板５は、複数の平行光発生レンズ５１が観測孔１ａの軸線Ｘを中心として同心円状に複数の列をなして一体成形されたものであり、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の、透明であって高い硬度と光に対する耐久性を有する樹脂からなるものである。レンズ板５にはＬＥＤ４と同数のレンズ５１が形成されていて、各レンズ５１は、レンズ板５がプリント配設基板３と平行になるよう保持枠２の周回保持溝２ｂに嵌め込まれた状態で、レンズ５１の光軸Ｚが、ＬＥＤ４の光軸Ｙと平行であって、かつ、対応するＬＥＤ４の光軸Ｙより観測孔１ａ中心方向に偏るようにずらして配置されている。これにより、各ＬＥＤ４から発した光は、対応するレンズ５１によりその進行方向が観測孔１ａ中心方向に曲げられて、平行光として観測孔１ａ中心方向の所定領域に集光される。
【００２８】
各ＬＥＤ４の光軸Ｙとそれに対応する各レンズ５１の光軸Ｚの偏芯量は、外周側ほど大きく、内周側ほど小さくなるように調整されている。これにより各ＬＥＤ４から発せられた光をより狭い領域に集光させることができる。光照明装置１の光の照度と照度分布は、図３に示すように、前記偏芯量を変えることで自在に調整することができる。なお、図３は、直径１００ｍｍの円状にＬＥＤを設けた光照射装置１において、レンズのセンター径を（ａ）〜（ｃ）の３通りに変化させて光軸の偏芯量を調節した際の照度分布である。グラフ中の矢印は半値幅を示す。
【００２９】
更に、この実施形態では、保持枠２の凹部底面とプリント配線基板３の裏面との間に、定形性を有しつつも粘弾性を有する、シリコーン等を素材とする粘弾性部材６を略隙間なく介在させている。この粘弾性部材６は、プリント配線基板３の幅と略同一の幅を有する平板円環状のものであり、又は所定幅を有する１又は複数の部分円環状要素からなるものである。粘弾性部材６は、ＬＥＤ４のリードや抵抗等の部品がプリント配線基板３の裏面から突出する場合、それらを包み込むように変形し、保持枠２の凹部底面とプリント配線基板３の裏面との隙間を略完全に埋めて双方に密着する。
【００３０】
このような本実施形態に係る光照射装置１によれば、ＬＥＤ４がそれと対向して設けられたレンズ板５により保護されるため、ＬＥＤ４に硬度の低いシリコーン樹脂が使用されていても、シリコーン樹脂の破損が回避されるので、フリップチップ型のＬＥＤをはじめとする種々のＬＥＤ４を使用することが可能である。そして、ＬＥＤ４として硬度は低いものの耐熱性には優れたシリコーン樹脂が使用されたものを搭載することが可能となるので、基板３への半田付けが容易になり、製造工程を簡素化することができる。
【００３１】
また、光照射装置１によれば、別途設けたレンズ板５に形成されたレンズ５１により、各ＬＥＤ４から発した光を屈折して、観測孔１ａ中心方向の所定領域に集光することができるので、プリント配設基板３にＬＥＤ４を配設した後に当該基板３を切頭円錐形状に湾曲させる必要がないため、製造工程を簡素化することができるとともに、当該基板３にＬＥＤ４を半田付けして配設した箇所に歪みが生じ、電気的連絡が絶たれる等の不具合が生じず、歩留まりの向上を図ることができる。
【００３２】
また、光照射装置１は、プリント配設基板３を切頭円錐形状に湾曲させる必要がないので、厚み方向にコンパクトであり、嵩張らない。加えて、プリント配設基板３を切頭円錐形状に湾曲させる必要がないので、使用可能なプリント配設基板３は可撓性を有するものに限定されない。
【００３３】
本実施形態に係る中央に観測孔１ａを有した光照明装置１は、例えば、図４及び図５に示すように、顕微鏡用照明装置として用いることができる。このように顕微鏡用照明装置として用いる場合は、観測孔１ａに顕微鏡の対物レンズを嵌め込んだ状態でワークの観察を行なう。なお、図４及び図５に示す実施形態では、各レンズ５１はそれぞれ独立しており、押さえ板７に設けられた孔７１に先端部が突出するようにレンズ５１を嵌め込み、これにより各レンズ５１の位置決めが行なわれる。
【００３４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３５】
例えば、各レンズ５１は、図６に示すように、その光軸Ｚが対応する各ＬＥＤ４の光軸Ｙと平行とならないように傾きを有するように配置してあってもよい。この場合も、前記実施形態と同様に、各ＬＥＤ４から発した光の進行方向が曲げられ、平行光として観測孔１ａ中心方向の所定領域に集光される。また、光軸Ｙに対する光軸Ｚの傾きを変えることで、照度分布の範囲と照度を自在に調整することができる。
【００３６】
また、前記実施形態では、光照射装置１は、中央に観測孔１ａを有した概略リング状であったが、図７、８に示すように、それぞれ平面視矩形状をなす保持枠２０、プリント配線基板３０、レンズ板５０を用い、観測孔１ａを有さない構成としても良い。ここで、レンズ板５０としては、マイクロレンズアレイを用いることができ、マイクロレンズアレイを構成する各レンズ５１の平面視形状としては、図９に示すような矩形状や、図１０に示すような六角形状等が挙げられる。また、この場合、光照射装置１を縮小投影型半導体露光装置（ステッパー）の露光装置として用いることが可能であり、発光体としてＬＥＤを用いる本発明によれば、従来の水銀灯を用いたステッパーに比べて露光効率の高いステッパーを構成することができる。
【００３７】
また、レンズ板５に形成されたレンズ５１は平行光発光レンズでなくともよく、各ＬＥＤ４から発した光を観測孔１ａ中心方向に集光することができるものであれば、その用途によっては集光レンズ等を使用することも可能である。
【００３８】
更に、例えば、より大きなワークに光を照射するために、ＬＥＤ４から発せられた光の集光領域がより広い方が好ましい等の場合は、各ＬＥＤ４の光軸Ｙとそれに対応する各レンズ５１の光軸Ｚの偏芯量を、外周側と内周側とで一様にしてもよい。
【００３９】
その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…光照射装置
２、２０…保持枠
３、３０…樹脂プリント配線基板
４…発光体（ＬＥＤ）
５、５０…レンズ板
５１…レンズ
６…粘弾性部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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